JP4742741B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を使用した複写機やプリンタ装置等の画像形成装置において像担持体へ放電する放電部材に対して、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて変化する電力を供給する電源装置に関する。

プリンタ、複写機の画像形成装置では、印刷時に帯電装置によって感光体ドラムが一様に帯電され、露光装置により感光体の側面に印刷対象の画像に対応する静電潜像が形成される。更に、現像装置によって静電潜像の領域にトナー像が形成され、転写装置により当該トナー像が用紙に転写される。そして、トナー像が転写された用紙は、剥離装置により感光体又は転写装置から剥離される。

帯電装置により感光体の帯電が行われる場合、当該帯電装置への出力電圧は、定電流制御又は定電圧制御によって所定のプロセススピードに応じた電圧値になるように制御される。

このような画像形成装置において、一般的な用紙とは異なり、インピーダンスの高い厚紙やＯＨＰ等の特殊紙が用いられる場合には、確実な印刷を可能とすべく、転写速度を遅くする必要がある。この際、一般には、帯電装置内の帯電ロール（ＢＣＲ）を感光体から遠ざけたり、ＢＣＲに供給される電流を停止させたりする（例えば、特許文献１及び２参照）。しかし、前者は機構が複雑になりコスト増と信頼性の低下を招き、後者の場合は、電流の立上がりや立下がりの応答性が悪い等の問題があった。

このため、インピーダンスの高い厚紙やＯＨＰ等の特殊紙が用いられる場合には、転写速度を遅くするとともに、帯電装置内のＢＣＲや感光体の回転速度も遅くする必要がある。更に、ＢＣＲに供給される電圧や電流、及び、これらの動作周波数を定速時と同等の条件にするとＢＣＲや感光体等の寿命が短くなるため、ＢＣＲに供給される電圧や電流を低減させたり、動作周波数を低下させる必要がある。
特開平６−８３１７９号公報 特開平７−８４４２５号公報

しかし、ＢＣＲに供給される電圧や電流を急激に変化させるとオーバーシュートが発生し、ＢＣＲや感光体にダメージを与えるとともに、印刷画像にスジ等が入り、印刷品質の低下を招く場合がある。

本発明は、前述したような従来の問題を解決するためになされたもので、画像形成装置を構成する像担持体や放電部材の劣化及び印刷品質の低下を防止する電源装置を提供するものである。

本発明は、画像形成装置において像担持体へ放電する放電部材に対して、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて変化する電力を供給する電源装置であって、前記ＰＷＭ信号のデューティ比が第１の値から第２の値に変更される場合に、前記第１の値から段階を経て前記第２の値に変化するデューティ比を有する矩形波信号を生成、出力する変更手段を有し、前記変更手段は、前記ＰＷＭ信号の周期と同一周期の三角波信号を生成する第１の生成手段と、前記ＰＷＭ信号を平滑化して平滑化信号を生成する第２の生成手段と、前記三角波信号の電圧値と前記平滑化信号の平均の電圧値とが一致するタイミングで立上がりと立下がりとを交互に繰り返す矩形波信号を生成する第３の生成手段と、前記矩形波信号を反転して出力する反転手段とを備え、前記反転手段により出力される反転後の矩形波信号のデューティ比に応じて電圧及び電流の少なくともいずれかを変化させるようにし、前記変更手段により出力される矩形波信号のデューティ比に応じて前記放電部材に供給する電力を変化させるようにした。

この構成により、ＰＷＭ信号のデューティ比が急激に変化しても、画像形成装置において像担持体へ放電する放電部材に対して供給される電圧や電流は、電流値、電圧値、周波数等の電気的諸量が徐々に変化するため、オーバーシュートの発生を防止し、像担持体や放電部材の劣化や印刷品質の低下を防止することができる。

また、本発明の電源装置は、前記第１の生成手段、前記第３の生成手段及び前記反転手段により構成される発振器を有する。

また、本発明の電源装置は、前記像担持体が感光体であり、前記放電部材が前記感光体に対して帯電を行う帯電部材である。

また、本発明の電源装置は、前記帯電部材が、前記感光体を帯電させる帯電ロール又はコロトロンである。

本発明によれば、像担持体へ放電する放電部材に対して供給される電圧や電流の電気的諸量を徐々に変化させることにより、オーバーシュートの発生を防止し、像担持体や放電部材の劣化や印刷品質の低下を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態の電源装置について、図面を用いて説明する。図１は、第１の電源装置の構成を示す図である。図１に示す電源装置１００−１は、電子写真方式を採用した複写機やプリンタ装置等の画像形成装置において感光体（図示せず）を帯電させる帯電ロール５０に対して、入力したＰＷＭ信号のデューティ比に応じて値を変化させた直流電圧及び交流電圧を重畳して供給する。

この電源装置１００−１は、帯電ロール５０に直流電圧を供給するための三角波発生器１１、平滑回路１２、比較器１３、反転回路１４、ドライバ回路１５及びＤＣ電源制御部１６と、帯電ロール５０に交流電圧を供給するための三角波発生器２１、平滑回路２２、比較器２３、反転回路２４、二相分割回路２５、ドライバ回路２６、２７及びＡＣ電源制御部２８とを有する。

三角波発生器１１は、帯電ロール５０へ供給する直流電圧を制御するためのＰＷＭ信号１を、例えば画像形成装置１００−１の制御部である図示しないマシンコントロールユニット（ＭＣＵ）から入力する。このＰＷＭ信号１は、帯電ロール５０に供給すべき直流電圧を高くする必要がある場合には、それに応じてデューティ比が大きくなり、帯電ロール５０に供給すべき直流電圧を低くする必要がある場合には、それに応じてデューティ比が小さくなる。更に、三角波発生器１１は、入力したＰＷＭ信号１の周期と同一周期の三角波信号を生成して比較器１３へ出力する。

平滑回路１２は、ＰＷＭ信号１を入力すると、当該ＰＷＭ信号１を平滑化し、平滑化信号を比較器１３へ出力する。図２は、平滑回路１２の構成を示す図である。図２に示す平滑回路は抵抗６１とキャパシタ６２とによって構成されるＣＲ回路であり、矩形状のＰＷＭ信号１を入力して、脈流状の平滑化信号を出力する。

再び、図１に戻って説明する。比較器１３は、三角波信号発生器１１からの三角波信号と平滑回路１２からの平滑化信号を入力すると、平滑化信号の平均の電圧値を示す信号（平均電圧値信号）を生成する。なお、平滑回路１２が矩形状のＰＷＭ信号１を平滑化することにより、平滑化信号として平均電圧値信号を比較器１３に出力するようにしてもよい。この場合には、比較器１３は、平均電圧値信号を生成する必要がない。

更に、比較器１３は、三角波信号と平均電圧値信号とを比較し、三角波信号の電圧値と平均電圧値信号の電圧値とが一致するタイミングで立上がりと立下がりとを交互に繰り返す矩形波信号を生成する。生成された矩形波信号は、反転回路１４へ出力される。反転回路１４は、比較器１３からの矩形波信号を反転させてドライバ回路１５へ出力する。

図３は、電源装置１００−１内の三角波発生器１１、平滑回路１２、比較器１３及び反転回路１４の動作を示すタイミングチャートである。

三角波発生器１１及び平滑回路１２は、図３（ａ）に示すＰＷＭ信号１を入力する。このＰＷＭ信号１は、帯電ロール５０に供給すべき直流電圧の電圧値が変更される場合に、デューティ比が変化する。図３（ａ）では、ＰＷＭ信号１は、当初（変更前）のデューティ比は５０％であるが、帯電ロール５０に供給すべき直流電圧の電圧値を大きくするために変更され、変更後のデューティ比は５０％より大きくなっている。

三角波発生器１１は、ＰＷＭ信号１の周期と同一周期の三角波信号（図３（ｂ））を生成して比較器１３へ出力する。一方、平滑回路１２は、ＰＷＭ信号１を平滑化し、図３（ｃ）に示す平滑化信号を比較器１３へ出力する。平滑化信号は、ＰＷＭ信号１の周期毎に当該ＰＷＭ信号１のデューティ比に応じて波形が変化する。図３（ｃ）では、平滑化信号は、変更前のＰＷＭ信号１に対応する第１の波形、変更後の最初の周期のＰＷＭ信号１に対応する第２の波形、変更後の２番目以降の周期のＰＷＭ信号１に対応する第３の波形の２種類の波形を有する。

比較器１３は、三角波信号発生器１１からの三角波信号と平滑回路１２からの平滑化信号を入力すると、当該平滑化信号の平均の電圧値を示す平均電圧値信号（図３（ｄ））を生成する。この平均電圧値信号の電圧値は、変更前のＰＷＭ信号１が入力されている間は所定値を維持し、変更後の最初の周期のＰＷＭ信号１が入力されている間に上昇し、変更後の２番目以降の周期のＰＷＭ信号１が入力されている間は上昇後の所定値を維持する。

更に、比較器１３は、図３（ｂ）に示す三角波信号と図３（ｄ）に示す平均電圧値信号とを比較し、三角波信号の電圧値と平均電圧値信号の電圧値とが一致するタイミングで立上がりと立下がりとを交互に繰り返す矩形波信号（図３（ｅ））を生成し、反転回路１４へ出力する。反転回路１４は、図３（ｅ）に示す矩形波信号を反転し、反転後の矩形波信号（図３（ｆ））をドライバ回路１５へ出力する。

変更前のＰＷＭ信号１が入力されている間は、反転後の矩形波信号は、当該変更前のＰＷＭ信号１と同一のデューティ比となっている。一方、変更後の最初の周期のＰＷＭ信号１が入力された場合には、反転後の矩形波信号は、直ちには当該変更後の最初の周期のＰＷＭ信号１と同一のデューティ比にはならず、段階を経てデューティ比が大きくなり、変更後の２番目以降の周期のＰＷＭ信号１が入力されるタイミングで当該変更後のＰＷＭ信号１と同一のデューティ比になる。

再び、図１に戻って説明する。ドライバ回路１５は、反転後の矩形波信号のデューティ比に応じて、帯電ロール５０に直流電圧を供給するＤＣ電源制御部１６内の電源制御のためのスイッチ（電源制御スイッチ）の動作を制御する。具体的には、ドライバ回路１５は、反転後の矩形波信号の立上がりで電源制御スイッチをオンにして電圧を出力させ、反転後の矩形波信号の立下がりで電源制御スイッチをオフにして電圧を遮断させる。これにより、ＤＣ電源制御部１６は、反転後の矩形波信号のデューティ比に比例する値の直流電圧を帯電ロール５０へ供給する。

このように、反転後の矩形波信号のデューティ比は、ＰＷＭ信号１のデューティ比が変更されても直ちには追随せず、段階を経てＰＷＭ信号１のデューティ比と同一になる。従って、帯電ロール５０へ供給される直流電圧の電圧値が反転後の矩形波信号のデューティ比に応じて変化するようにすることで、ＰＷＭ信号１のデューティ比に応じて変化する場合と比較して、オーバーシュートの発生が防止されるとともに、帯電ロール５０や当該帯電ロール５０によって帯電される感光体の劣化や、印刷品質の低下を防止することができる。

一方、三角波発生器２１、平滑回路２２、比較器２３及び反転回路２４は、ＰＷＭ信号２の入力に応じて、上述した三角波発生器２１、平滑回路２２、比較器２３及び反転回路２４と同様の動作を行う。

二相分割回路２５は、反転回路２４からの反転後の矩形波信号を入力すると、当該反転後の矩形波信号の位相を９０度ずらした信号（位相制御後の矩形波信号）を生成する。そして、二相分割回路２５は、反転後の矩形波信号をそのままドライバ回路２６に出力するとともに、位相制御後の矩形波信号をドライバ回路２７に出力する。

ドライバ回路２６は、反転後の矩形波信号のデューティ比に応じて、帯電ロール５０に交流電圧を供給するＡＣ電源制御部２８の動作を制御する。同様に、ドライバ回路２７は、位相制御後の矩形波信号のデューティ比に応じて、ＡＣ電源制御部２８の動作を制御する。ＡＣ電源制御部２８は、これら制御により反転後の矩形波信号のデューティ比及び位相制御後の矩形波信号のデューティ比に比例する値の交流電圧を帯電ロール５０へ供給する。

上述した直流電圧の制御と同様、反転後の矩形波信号のデューティ比は、ＰＷＭ信号２のデューティ比が変更されても直ちには追随せず、段階を経てＰＷＭ信号２のデューティ比と同一になる。従って、帯電ロール５０へ供給される交流電圧の電圧値が反転後の矩形波信号のデューティ比に応じて変化するようにすることで、オーバーシュートの発生が防止されるとともに、帯電ロール５０や当該帯電ロール５０によって帯電される感光体の劣化や、印刷品質の低下を防止することができる。

なお、電源装置の構成は、上述した実施形態以外にも様々なものが考えられる。図４は、第２の電源装置の構成を示す図である。図４に示す電源装置１００−２は、図１に示す第１の電源装置１００−１と同様、電子写真方式を採用した複写機やプリンタ装置等の画像形成装置において感光体を帯電させる帯電ロール５０に対して、入力したＰＷＭ信号のデューティ比に応じて値を変化させた直流電圧及び交流電圧を重畳して供給する。

この電源装置１００−２は、電源装置１００−１と比較すると、三角波発生器１１、比較器１３及び反転回路１４の機能を有する発振器３１を有するとともに、三角波発生器２１、比較器２３及び反転回路２４の機能を有する発振器４１を有する。

発振器３１は、端子ａが接地され、端子ｄ及びｈに電圧Ｖｃｃが印加される。また、端子ｇ及びｆには、一端に電圧Ｖｃｃが印加された抵抗３３の他端と、一端が接地されたキャパシタ３４の他端との接続部分の電圧が印加される。

この発振器３１は、端子ｂからＰＷＭ信号１を入力して、当該ＰＷＭ信号１の周期と同一周期の三角波信号を生成する。また、発振器３１は、端子ｅから平滑回路１２が出力する平滑化信号を入力する。なお、平滑回路１２の出力端と端子ｅの間には、一端が接地されたキャパシタ３２の他端が接続されている。

次に、発振器３１は、端子ｅから入力した平滑化信号の平均の電圧値を示す平均電圧値信号を生成する。そして、発振器３１は、端子ｂから入力した三角波信号と生成した平均電圧値信号とを比較し、三角波信号の電圧値と平均電圧値信号の電圧値とが一致するタイミングで立上がりと立下がりとを交互に繰り返す矩形波信号を生成する。更に、発振器３１は、生成した矩形波信号を反転させて端子ｃからドライバ回路１５へ出力する。

発振器４１は、発振器３１と同様の動作を行うものであるので、その説明は省略する。また、平滑回路１２、ドライバ回路１５、ＤＣ電源制御部１６、平滑回路２２、二相分割回路２５、ドライバ回路２６、２７及びＡＣ電源制御部２８は、電源装置１００−１における動作と同様の動作を行うものであるので、その説明は省略する。

ところで、上述した実施形態では、電源装置１００−１は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて値を変化させた直流電圧及び交流電圧を重畳して供給したが、直流電圧及び交流電圧の一方を供給する電源装置や、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて変化させた直流電流及び交流電流の少なくともいずれかを供給する電源装置についても、本発明を適用することができる。更には、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて周波数を変化させた電圧や電流を供給する電源装置についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、帯電ロール５０に対して直流電圧及び交流電圧を供給する場合について説明したが、感光体を帯電させるコロトロンや、現像器等の他の放電部材に対して直流電圧、交流電圧、直流電流及び交流電流の少なくともいずれかを供給する場合においても、本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、電源装置１００−１は、ハードウェア構成によって直流電圧及び交流電圧の制御を実現したが、ＣＰＵ等によるソフトウェア制御によって、ＰＷＭ信号のデューティ比が変更されても直ちには追随せずに、段階を経てＰＷＭ信号のデューティ比と同一になる矩形波信号を生成して、直流電圧、交流電圧、直流電流及び交流電流の少なくともいずれかを、当該矩形波信号のデューティ比に応じて変化させるようにすることも可能である。

以上、説明したように、本発明に係る電源装置は、オーバーシュートの発生を防止するとともに、像担持体や放電部材の劣化や印刷品質の低下を防止することができ、電源装置として有用である。

第１の電源装置の構成を示す図である。 平滑回路の構成を示す図である。 三角波発生器、平滑回路、比較器及び反転回路の動作を示すタイミングチャートである。 第２の電源装置の構成を示す図である。

符号の説明

１１、２１ 三角波発生器
１２、２２ 平滑回路
１３、２３ 比較器
１４、２４ 反転回路
１５、２６、２７ ドライバ回路
１６ ＤＣ電源制御部
２５ 二相分割回路
２８ ＡＣ電源制御部

Claims (2)

1. 画像形成装置において像担持体へ放電する放電部材に対して、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて変化する電力を供給する電源装置であって、
   前記ＰＷＭ信号のデューティ比が第１の値から第２の値に変更される場合に、前記第１の値から段階を経て前記第２の値に変化するデューティ比を有する矩形波信号を生成、出力する変更手段を有し、
   前記変更手段は、
   前記ＰＷＭ信号の周期と同一周期の三角波信号を生成する第１の生成手段と、
   前記ＰＷＭ信号を平滑化して平滑化信号を生成する第２の生成手段と、
   前記三角波信号の電圧値と前記平滑化信号の平均の電圧値とが一致するタイミングで立上がりと立下がりとを交互に繰り返す矩形波信号を生成する第３の生成手段と、
   前記矩形波信号を反転して出力する反転手段とを備え、
   前記反転手段により出力される反転後の矩形波信号のデューティ比に応じて電圧及び電流の少なくともいずれかを変化させるようにし、前記変更手段により出力される矩形波信号のデューティ比に応じて前記放電部材に供給する電力を変化させるようにしたことを特徴とする電源装置。
2. 前記第１の生成手段、前記第３の生成手段及び前記反転手段により構成される発振器を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

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